1、共振的應用及其危害摘要：本文通過定量分析和實例探討了共振的應用及其危害關鍵詞：共振；阻尼振動；受迫振動；應用；危害1、 引言： 簡諧振動只是一種理想的情況，由于不考慮摩擦和其它阻力等因素的影響，振動過程中系統的機械能守恒，所以振幅不隨時間變化，這種振動稱為無阻尼自由振動。實際上，對振動的阻力總是或多或少的存在。振動系統最初所獲得的能量，在振動過程中因不斷克服阻力做功而衰減，振幅也就會隨時間逐漸減小，這種振動稱為有阻尼振動。由于能量的損耗，阻尼振動會慢慢停止下來，若要維持等幅振動，就需要給系統輸入能量。振動系統在周期性的外力作用下，其所發生的振動稱為受迫振動，這個周期性的外力稱為驅動力。2、 共

2、振：A=h/(w20-w2)+42w2) w=(w20-w2) 系統受外界激勵，作強迫振動時，若外界激勵的頻率接近于系統頻率時，強迫振動的振幅可能達到非常大的值。共振是指一個物理系統在特定頻率下，以最大振幅做振動的情形。此一特定頻率稱之為共振頻率。自然中有許多地方有共振的現象。人類也在其技術中利用或者試圖避免共振現象。一些共振的例子比如有：樂器的音響共振、太陽系一些類木行星的衛星之間的軌道共振、動物耳中基底膜的共振，電路的共振等等。 一般來說一個系統（不管是力學的、聲響的還是電子的）有多個共振頻率，在這些頻率上振動比較容易，在其它頻率上振動比較困難。假如引起振動的頻率比較復雜的話（比如是一個沖

3、擊或者是一個寬頻振動）一個系統一般會“挑出”其共振頻率隨此頻率振動，事實上一個系統會將其它頻率過濾掉。3、共振創造了世界 共振是物理學上的一個運用頻率非常高的專業術語。共振的定義是兩個振動頻率相同的物體，當一個發生振動時，引起另一個物體振動的現象。 共振在聲學中亦稱“共鳴”，它指的是物體因共振而發聲的現象，如兩個頻率相同的音叉靠近，其中一個振動發聲時，另一個也會發聲。 在電學中，振蕩電路的共振現象稱為“諧振”。產生共振的重要條件之一，就是要有彈性，而且一件物體受外來的頻率作用時，它的頻率要與后者的頻率相同或基本相近。從總體上來看，這宇宙的大多數物質是有彈性的，大到行星小到原子，幾乎都能以一個或

4、多個固有頻率來振動。 共振不僅在物理學上運用頻率非常高，而且，共振現象也可以說是一種宇宙間最普遍和最頻繁的自然現象之一，所以在某種程度上甚至可以這么說，是共振產生了宇宙和世間萬物，沒有共振就沒有世界。 我們都知道，宇宙是在一次劇烈的大爆炸后產生的。而促使這次大爆炸產生的根本原因之一，便是共振。當宇宙還處于渾沌的奇點時，里面就開始產生了振蕩。最初的時候，這種蕩振是非常微弱的。漸漸地，振蕩的頻率越來越高、越來越強，并引起了共振。最后，在共振和膨脹的共同作用下，導致了一陣驚天動地的轟然巨響，宇宙在瞬間急劇膨脹、擴張，然后，就產生了日月星辰，于是，在地球上便有了日月經天、江河行地，也有了植物蓬勃葳蕤、

5、動物飛翔騰躍。 共振不僅創造出了宏觀的宇宙，而且，微觀物質世界的產生，也與共振有著密不可分的干系。從電磁波譜看，微觀世界中的原子核、電子、光子等物質運動的能量都是以波動的形式傳遞的。宇宙誕生初期的化學元素，也可以說是通過共振合成和產生的。有一些粒子微小到簡直無法想象，但它們可以在共振的作用之下，在100萬億分之一秒的瞬間，互相結合起來，于是新的化學元素便產生了。因為宇宙中這些粒子的生成與共振有著如此密切的關系，所以粒子物理學家經常把粒子稱為“共振體”。 既然共振是宇宙間一切物質運動的一種普遍規律，人及其它的生物也是宇宙間的物質，當然共振也是普遍存在于這些生命中了。 人除了呼吸、心跳、血液循環等

6、都有其固有頻率外，人的大腦進行思維活動時產生的腦電波也會發生共振現象。類似的共振現象在其它動物身上也同樣普遍地存在著。我們喉嚨間發出的每個顫動，都是因為與空氣產生了共振，才形成了一個個音節，構成一句句語言，才能使我們能夠用這些語言來表達我們的情感和進行社會交往。 許多動物身上還存在著其它一些形式的共振現象。炎熱的午間，蟬兒發出的“知了、知了”聲；寧靜的夜晚，蟋蟀發出的“嘰嘶”聲；還有不知疲倦的大肚子蟈蟈的鳴叫聲，盡管這些昆蟲的聲調大不相同，但其中的共同之處都是借助了共振的原理，都是靠摩擦身體的某一部位與空氣產生共鳴而發聲。除了昆蟲之外，鳥類也是巧妙地運用著共振來演奏生命之曲的大師，它們運用共振

7、所發出的圓潤婉轉的鳴叫聲，是自然界生命大合唱中最為優美的聲部和旋律。因此，可以這么說，如果沒有共振，世界將會失去多少天籟、大地將會變得多么死寂！ 其實更為重要的是，共振能充當地球生物的保護神。我們知道，紫外線是太陽發出的一種射線，它們如果大舉入侵地球，人類及各種生物勢必遭受極大的危害，因為過量的紫外線會使生物的機能遭到嚴重的破壞。不過不用擔心，我們有大氣層中的臭氧層，是它們借助于共振的威力，阻止了紫外線的長驅直入。當紫外線經過大氣層時，臭氧層的振動頻率恰恰能與紫外線產生共振，因而就使這種振動吸收了大部分的紫外線。所以，共振能使大氣中的臭氧層變得如防曬油一樣，保證我們不至于被射線的傷害。 另外，

8、共振還能使地球維持在適當的溫度，給地球生命創造出一個冷熱適宜的生長環境。因為雖然經過臭氧層的堵截圍追，但仍有少部分紫外線能夠成功地突破層層防線，到達地球表面。這部分紫外線經過地球吸收后，能量減少，變為紅外線，擴散回大氣中。而紅外線的熱量，又恰好能和二氧化碳產生共振，然后被“挽留”在大氣層中，使大氣層保有一定溫度，讓萬物在溫暖和煦的環境中孕育成長。 俗話說萬物生長靠太陽，其實也可以這么說：萬物生長靠共振。因為我們所熟知的植物的光合作用，亦是葉綠素與某些可見光共振，才能吸收陽光，產生氧氣與養分。所以沒有共振，植物便不能生長，人類和許多動物也就因此會失去了食物的來源。也就是說，沒有共振，地球上的生命

9、便不能長期存在。 共振還是一個善于使用色彩和色調的魔幻繪畫師，把我們所看到的每一件物體都神奇地染上了顏色，使我們這個世界變得五彩斑斕、艷麗繽紛。鈉光是黃的，因為鈉原子的振動產生所產生的是黃色的光。水銀原子的振動發出藍光。氖原子送出的振動到了你眼中，就成為了紅色。在地面，共振也把所有的物體都染上了各式各樣的顏色，從花卉到水果。紅蘋果把太陽光中我們稱為藍光和綠光的振動頻率吸收了，因此我們看到的它就是紅艷艷的、令人饞涎欲滴的樣子。綠葉中的葉綠素分子的振動頻率在太陽的紅光及藍光范圍，所以共振把這兩種顏色都“貪污”了，而只把綠的顏色反射入我們的眼里，因此樹葉看上去便是生機盎然濃綠或嫩綠。也是這同一片葉子

10、，到了秋天的時候，它被共振所“貪污”的卻是綠光，因而這時反射出的是或黃或紅的色彩，映襯出秋天的蒼涼和凄美。就是那種很虛幻的彩虹也是因為有了共振，才有了赤橙黃綠青藍紫。因此，我們的生活中有著如此美麗迷人的花紅柳綠、斑斕爛漫，也無不是拜共振之所賜。 4、共振亦能毀滅世界 ：任何事物都是有兩面性的，共振并非完完全全都是給我們帶來福音，它也有著非常巨大的危害性。 說到共振的危害時，人們最為熟知和引用得最多的，便是下面這個例子：18世紀中葉，一隊士兵在指揮官的口令下，邁著威武雄壯、整齊劃一的步伐，通過法國昂熱市一座大橋，快走到橋中間時，橋梁突然發生強烈的顫動并且最終斷裂坍塌，造成許多官兵和市民落入水中喪

11、生。后經調查，造成這次慘劇的罪魁禍首，正是共振！因為大隊士兵齊步走時，產生的一種頻率正好與大橋的固有頻率一致，使橋的振動加強，當它的振幅達到最大限度直至超過橋梁的抗壓力時，橋就斷裂了。類似的事件還發生在俄國和美國等地。有鑒于此，所以后來許多國家的軍隊都有這么一條規定：大隊人馬過橋時，要改齊走為便步走。 對于橋梁來說，不光是大隊人馬厚重整齊的腳步能使之斷裂，那些看似無物的風兒同樣也能對之造成威脅。1940年，美國的全長860米的塔柯姆大橋因大風引起的共振而塌毀，盡管當時的風速還不到設計風速限值的1/3，可是因為這座大橋的實際的抗共振強度沒有過關，所以導致事故的發生。每年肆虐于沿海各地的熱帶風暴，

12、也是借助于共振為虎作倀，才會使得房屋和農作物飽受摧殘。近幾十年來，美國及歐洲等國家和地區還發生了許多起高樓因大風造成的共振而劇烈搖擺的事件。 也是由于共振的力量，巨大的冰川能被“溫柔”的海洋波濤給拍裂開。甚至于美國阿拉斯加李杜牙灣經常出現的高達上百米的巨浪，也是由于共振在其中發揮了很大的“推波助瀾”的作用。因為共振在這個海灣“作威作福”實在是太厲害了，所以許多航海人對這個海灣都是“敬”而遠之。 給人類帶來重大傷亡和財產損失的地震，其中亦有共振的“幢幢魔影”：當地殼里的某一板塊發生斷裂時，產生的波動頻率傳到地面上，與建筑物產生強烈的共振，于是，就造成了屋毀人亡的慘劇。 實際上，共振的危害程度和范

13、圍還無遠遠不止于此。持續發出的某種頻率的聲音會使玻璃杯破碎。機器的運轉可以因共振而損壞機座。高山上的一聲大喊，可引起山頂的積雪的共振，頃刻之間造成一場大雪崩。行駛著的汽車，如果輪轉周期正好與彈簧的固有節奏同步，所產生的共振就能導致汽車失去控制，從而造成車毀人亡 人們在生活和生產中會接觸到各種振動源，這些振動都可能會對人體產生危害。由科學測試知道人體各部位有不同的固有頻率，如眼球的固有頻率最大約為60赫茲，顱骨的固有頻率最大約為200赫茲等；把人體作為一個整體來看，如水平方向的固有頻率約為36赫茲,豎直方向的固有頻率約為48赫茲。因此，跟振動源十分接近的操作人員，如拖拉機駕駛員，風鎬、風鏟、電鋸

14、、鎦釘機的操作工，在工作時應盡量避免這些振動源的頻率與人體有關部位的固有頻率產生共振。并且，為了保障工人的安全與健康，有關部門己作出了相應規定，要求用手工操作的各類振動機械的頻率必須大于20赫茲。 對人危害程度尤為厲害的是次聲波所產生的共振。次聲波是一種每秒鐘振動很少、我們耳朵聽不到的聲波。次聲波的聲波頻率很低，一般均在20兆赫以下，波長卻很長，不易衰弱。自然界的太陽磁暴、海浪咆哮、雷鳴電閃、氣壓突變、火山爆發；軍事上的原子彈、氫彈爆炸試驗，火箭發射、飛機飛行等等，都可以產生次聲波。在我們工作、學習和生活的周圍，能夠產生次聲波的小型動力設備很多，如鼓風機、引風機、壓氣機、真空泵、柴油機、電風扇

15、、車輛發動機等。次聲波的這種神奇的功能也引起了軍事專家的高度重視，一些國家利用次聲波的性質進行次聲波武器的研制，目前已研制出次聲波槍和次聲波炸彈。不論是次聲波槍還是次聲波炸彈，都是利用頻率為1617赫茲的次聲波，與人體內的某些器官發生共振，使受振者的器官發生變形、位移或出血，從而達到殺傷敵方的目的。現代科學研究已經證明，大量發射的頻率為1617赫茲的次聲波會引起人體無法忍受的顫抖，從而產生視覺障礙、定向力障礙、惡心等癥狀，甚至還會出現可導致死亡的內臟損壞或破裂。這種次聲波武器可以說是人類運用共振來危害人類自己的一種技術上的極致。 5、結論：共振不僅是一種客觀存在，它也是有待于進一步開拓的科技領域。共振技術普遍應用于機械、化學、力學、電磁學、光學及分子、原子物理學、工程技術等幾乎所有的科技領域。如音響設備中揚聲器紙盆的振動，各種弦樂器中音腔在共鳴箱中的振動等利用了“力學共振”；電磁波的接收和發射利用了“電磁共振”；激光的產生利用了“光學共振”；醫療技術中則有已經非常普及的“核磁共振”等。在21世紀開始的正在蓬勃發展的信息技術、基因科學、納米材料、航天高科學技術大發展的